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超硬材料的性能与应用

成都比拓超硬材料有限公司2019-08-01新闻 1774

超硬材料的性能与应用

超硬材料的简介:

      超硬材料是指硬度可与金刚石相比拟的材料。目前使用的超硬材料主要是立方氮化硼与金刚石,但是还是许多超硬材料正在研发中,如碳化硼,富硼氧化物等。  金刚石包括天然金刚石和人造金刚石,天然金刚石是目前世界上最硬的工业材料,它具有硬度高、耐磨损、热稳定性能好等特性,人造金刚石是加工业最硬的磨料,电子工业最有效的散热材料,半导体的晶片等,已经被广泛应用于冶金、石油钻探、建筑工程、机械加工、电子工业、航空航天以及现代尖端科学领域。立方氮化硼CBN是硬度仅次于金刚石的材料,但是目前并未发现天然立方氮化硼的存在,工业和日常生活中使用的都是人造的。它具有与金刚石的许多特性相比拟的特点,同时也具有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性。它作为工程材料,已经广泛应用于黑色金属及其合金材料加工工业。同时,它又具有优异的热学、电学、光学和声学等性能,在一系列高科技领域得到应用,成为一种具有发展前景的功能材料。

超硬材料的性能 :

      1.结构组成:金刚石是碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的 三维骨架,是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。由于C-C键很强,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,没有自由电子,所以钻石不仅硬度大,熔点极高,而且不导电。氮化硼是立方结构。

      2.力学性能:金刚石是目前地球上最硬的物质,莫氏硬度为10。新摩氏硬度15,显微硬度10000kg/mm2。金刚石硬度具有方向性,八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度,菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。金刚石具有极大的弹性模量,是自然界的磨削材料,弹性模量达90000kg/mm。摩擦系数小,有极高的抗磨能力,因此在金刚石选矿中利用这一特性,采用球磨机、锥形磨矿机来分离金刚石。但金刚石极脆,不能承受正向的外力撞击。硬度高、耐磨性好。

      3.热学性能:熔点:金刚石熔点达4000℃,在空气中燃烧温度为850~1000℃,在纯氧中720~800℃燃烧,金刚石发出浅蓝色火焰,并转化成二氧化碳。但Ⅱa型金刚石的热导率特别高,在液氮温度下为铜的25倍,并随温度的升高而急剧下降。低温时热膨胀系数极小,随温度的升高,热膨胀系数迅速增大。立方氮化硼在1370º以上才开始由立方晶体向六方晶体转化;在1000ºC的高温下切削,其表面不会产生氧化,高温下硬度降低程度也比硬质合金和陶瓷刀片小的多,这就为高速切削创造了条件。导热系数为79.54w/m,k,仅次于金刚石,随温度提高,导热系数逐渐增大,有利于散热。

      4.磁电性能:金刚石为无磁性重部分矿物因此在选矿中不能采用电磁选(中磁性、弱磁性)方法。某些情况下由于含有磁性包裹体而显示一定磁性。

      5.光学性能:偏光性:绝大多数金刚石在偏光下显示非均性,金刚石属等轴晶系矿物,理论上应为均质性,但由金刚石形成于压力变化的地质体中,由于应力作用使金刚石晶体内结构产生局部错位,因而显示不均匀的非均质性。

超硬材料的应用:

      1.CBN磨削刀具  CBN磨具与普通磨具相比,具有磨削锋利、耐磨性好、加工效率高、加工表面质量优、加工精度高、使用寿命长、单位加工成本低、节能和改善环境等优点。

      2.金刚石钻头  金刚石材料的钻头耐磨且寿命长,适合于深井和研磨性的地层使用。在地温较高的情况下,普通钻头的轴承密封易失效,使用金刚石材料钻头则不会出现此问题。
      3.金刚石锯切工具  金刚石锯切工具主要是指各类金刚石切割锯片,包括圆锯片、排锯、绳锯等。主要用于切割大理石、花岗岩和混凝土等非金属材料。
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